第8章油气运聚史

第八章 油气二次运移聚集史模 型
• • • • 二次运移与聚集的机理 油气成藏系统与有效运聚通道的确定 二次运移散失量模型 运聚量的计算
油气二次运聚模拟包括以下两个过程： 第一步：在研究、总结地质特征、地质规律的基础
上建立地质模型；
第二步：在地质模型基础上，应用二次运聚的机理 建立数值模型。 在地质模型中，重点描述运移通道、运移散失量及 其它地质概念模型；在数值模型中，通过计算油气运移 动力、运移速度，应用质量守恒定律，考虑油气运移过 程中的残留量，最终计算出油气运聚量。
一、二次运移与聚集的机理
（一）二次运移的实验分析
Thomas和Clouse(1995)根据相似原理设计了一个石油二 次运移物理模型，模拟了石油在一个亲水的均质运载层中的二 次运移，获得了以下重要认识： (1)在连续油运移通道形成前，运移速度受控于含油饱和 度，亦即受控于烃源岩排烃的速率，油前缘以间歇方式向前推 进，此现象被解释为因油相中压力聚集至能克服前缘局部毛细
确根 定据 运盆 移地 的几 通何 道形的运移、聚 集过程更多地表现为高速的集中油气运移。运移通
道除传统的储集层通道外，还有断层运移体系、长
距离运移体系及分散运移体系。不同的运移体系分
布于不同类型的盆地之中：裂谷型盆地容易发育断
层运移体系，克拉通盆地容易产生长距离运移体系，
油气运聚成藏系统划分示意图（王震亮等，1995）
1-油气势等值线，2-有利排烃范围， 3-油气运聚系统界线，4-有利运聚通道及运移方向
油气成藏系统的实质是一种三维空间分布的汇 油范围，但比后者更具综合意义。一个含油气系统 可以有一个或多个这样的汇油区(主要取决于其古流 体势的分布与演化特征)，油气在其中运移、聚集直 至成藏。一个或若干油气藏（田）就形成于 一个油 气成藏系统内。 以渗透性输导层为例。在砂岩储集层中，最有 利于油气通过的岩石介质应首推那些油(气)势梯度 大且通透性能良好的地区，后者可主要从岩石的孔 隙度、渗透率、含油 (气)饱和度来反映。通道（孔 隙）内烃的含量必须达到一定数量（临界运移饱和 度）之上，低于这一数量则不发生明显的运移活动。
在盆地模拟恢复的地质历史时期各参数(地层厚度、 水势梯度、孔隙度、渗透率、压力等)基础上，经上述 途径可定量得出不同时期在平面和剖面上有效运聚通道 的分布范围图，从而有助于认识不同地质时期古油藏的 可能形成地区以及油气藏的演化历史，并进而研究油气 藏形成机理和油气运聚史。
该方案的优点是： 既考虑了古流体势的分布，
Q w |( x,z )
~ w H
w
w w kh kv x z
2
2
若一节点网格的面积为Ai，单位时间内通过它的 水流量则为：
Q wi
~ Ai Q w
设组成该汇聚区的节点网格共有n个，则在t时间内
通过某油气汇聚区内所有节点网格的总水流量相应为：
Vlost Apath V path S r
式中，Apath——主通道系数（小数），Vpath——运载层通 道的体积（m3），——运载层平均孔隙度（小数）， Sr——运载层中的残余油饱和度。
四、运聚量的计算
二维剖面中的油气运聚量 计算是以混相方式进行的。 如右图所示，在一目标网格 △i(元)周围共有8个网格 (元)，依次编号为1，2， 3，……，8。其中偶数网格与 目标网格之间为点接触(三维 方向则为线接触)，可以认为 其间不发生油气流体的流入 与流出，因此目标网格中的 油气运聚量应分别与1、3、5、 7四个网格中油气的流进、流 出有关。
管压力后释放这一间歇过程引起的；
(2)在地质时间尺度上，油气二次运移是很快的，在油气 生成、排出、运移和聚集的链条上，二次运移的速率不会成为
限制条件；
(3)在连续油运移通道形成后，该通道上在没有发生太 大变化的情况下(含油饱和度基本稳定)，具有使油以更大 速率经过的能力；
(4)直接位于成熟源岩层之上的运载层部分，油从源岩
（据王震亮等，1998）
准噶尔盆地一东西向剖面现今的石油聚集强度分布图
（据王震亮等，1998）
准噶尔盆地一东西向剖面侏罗纪末的天然气聚集强度分布图
（据王震亮等，1998）
准噶尔盆地一东西向剖面现今的天然气聚集强度分布图
（据王震亮等，1998）
由于临界运移饱和度的值变化很大，且难于测定， 因而我们提出，参照同类地区工业油气流标准，考虑 一定时期某一油气汇聚区的水流量，可以计算相应时 期的油气临界运聚饱和度值，其公式为：
S olm
Qolm Qwt
式中，Qwt为某一运聚期对Δt内通过一汇聚区砂岩体的水 流量，Qolm为不同类型工业油气藏下限标准。显然，该临 界饱和度值所围成的、由多个节点网格构成的三维空间 范围，即为有效运聚通道(下图)，所谓有效，是指有利于 形成商业性油气藏。
饱和度有所降低。
（二）、二次运移通道模型
Pratsch(1982) 提出了静水条件下油气运移通
道的模式(图 )，他认为二次运移始于沉积中心(成
熟源岩所在地)，然后沿着运移通道向盆地边缘运移。 通道的确定主要考虑盆地中各构造部位的几何形态， 但却忽略了源岩层与运载层之间可能存在的不连通 性因素，也未考虑某些特殊的构造因素，如断层等， 因此具有局限性。
相匹配，才能使这种可能性变为现实。油气的运移 程度(方向、数量等)取决于其与地下通道及油气成 藏系统等地质因素的分布之间的配合。
油气的运、聚作用是发生于油气成藏系统内 的，这是我们的基本思路。成藏系统的划分以流 体势特别是油气的古流体势为主要依据，结合排 烃及储、盖层发育特点，沿高势区的中心线(“分 隔槽”)将研究区划分为若干油气成藏系统(图 )。 这些分隔槽使每一成藏系统分别构成了一个相对 独立的体系。
又考虑了砂岩体通道的展布特别是砂岩体内的孔、
渗演化史，依Solm确定的有效运聚通道范围仅是该砂
岩体的一部分，提高了通道描述的精度； 籍助于 数值模拟技术可勾绘出不同地质时期有利于成藏的 通道范围，圈定聚集地区，为进一步计算该汇聚区 内的运聚量打下基础。
三、二次运移散失量模型
二次运移散失量是指油气在二次运移过程中残 留在运移通道上的油气量，以及由于扩散、吸附等 作用造成的油气损失量。这里主要考虑残留在运载 层中的油散失量。散失量与运移效率的概念相反， 散失量越大，运移效率就越低；反过来，运移效率 就越高。 如果从盆地规模上看，油气沿运载层垂直于地 层走向朝上倾方向运移时，也主要集中在有限的运 移通道上。
二、油气成藏系统与有效运聚通道的确定
油气成藏系统与运移通道的分布决定了油气运移的
方向和数量。王震亮等（1999）从砂岩孔隙型通道入手，
着眼于资源评价目的，提出应用同类地区工业性油气田 (藏)下限标准与不同时期油气汇聚区的水流量来定义临 界饱和度。该饱和度值所圈闭的范围，即为有效运聚通 道。利用盆地模拟结果参数可分别计算平面和剖面上的 水流量，从而得到不同地质历史时期有效运聚通道的分 布范围，这将有利于运聚史和运聚量的研究。
运聚量计算时各 网格间的流体联系
目标网格中单位面积的油、气运聚量是该网
格内的流体量与含油饱和度、含气饱和度的乘积，
从而可得油、气运聚强度的概念。
第i个网格中：
Qoi Q fi S o i Q gi Q fi S gi
某一时期所有 的网格中：
Qo Qg
Q Q
oi
gi
准噶尔盆地一东西向剖面侏罗纪末的石油聚集强度分布图
Q w |( x, y ) kh w ~ H w w x y
2
w

2
H(x,y)为地层在(x,y)点处的厚度，w/x、w/y分别 代表水势在x、y方向的变化梯度，w、w为水的密度 和粘度。
在xoz面上，上值相应地变为：
（三）、二次运移聚集机理
在油气二次运移、聚集与成藏过程中，决定地 下流体运移方向的是势梯度，而不是压力梯度(陶 一川，1983)。油、气、水等流体在其各自的势场 内，是由高势区向相邻的低势区运移的。此外，我
们一直强调，流体势的大小和相对分布反映了流体
潜在的流动能力，之所以称之为“潜在”，是因为
这种动力条件须与运移通道如孔隙、裂缝、断层等
半径越大，孔隙半径与喉道半径的差值越小，岩石的连 通性就越好，油气在运移中的毛细管阻力就越小。 在实际地质条件下，储集层(运载层)是非均质性的， 具体表现在润湿性和渗透性在空间的变化上，这种非均 质性导致油气只集中在少数连通性好、渗透率高的孔隙 通道上运移(图 )。因此，在设计模型时要注意这种非
均质性的影响。
Q wt t Q wi
i 1
n
这样，即可分别算出在xoy面和xoz面上某一成藏系 统内砂岩体的水流量。有Qwt即可算出成藏系统内砂岩体 的临界饱和度值Solm。 要判断一个节点网格是否位于油的运聚通道范围， 当节点网格处的含油饱和度大于Solm时，即位于有效通 道范围内，反之，则位于通道范围之外。
排出后，首先要垂直运移至运载层顶部后再做侧向运移， 侧向运移集中在顶部1m上下的范围内。在垂向运移带，油 平均饱和度达5％一10％；在侧向运移通道上，油平均饱和 度达12％一15％； (5)油发生流动时的含油饱和度等于或稍大于临界运移 饱和度，所以，残余油饱和度基本上与临界运移饱和度相等； (6)在把注油转为注水的情况下，油继续运移，残余油
运 移 通 道 及 残 余 油 平 面 分 布 示 意 图
（据Schowalter，1 9 7 9 ）
England等(1987，1993)认为，油气运移主要 集中在少数的“高速公路”上，这些“高速公路” 占运载层空间的比例约10％左右。 综合Schowalter和England等人的意见，油气 只在运载层中的少数空间上运移，因而运移散失 量可表示为：
而与造山带有关的盆地则更适合于分散运移体系的